import java.util.Stack;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:排序,默认从小到大排序
 * User: LianBao
 * Date: 2024-04-14
 * Time: 10:06
 */
public class Sort {

    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度:O(n^2)
     * 空间复杂度:O(1)
     * 稳定性:稳定 ->一个稳定的排序可以实现为不稳定的排序,
     * 但是不稳定的排序无法实现稳定的排序
     * 场景:当有一组数据基本上趋于有序,则插入排序更好
     * 优点:越有序越快
     *
     * @param array 要排序的数组
     */
    public void InsertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;//j<0时的情况,第二层循环进不去
        }
    }

    public void InsertSortRange(int[] array, int start, int end) {
        for (int i = start + 1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= start; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;//j<0时的情况,第二层循环进不去
        }
    }


    /**
     * 希尔排序
     * 缩小增量排序,
     * 时间复杂度:不确定,与增量有关
     * 空间复杂度:O(1)
     * 稳定性:不稳定
     *
     * @param array 要排序的数组
     */
    public void ShellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 0) {
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    private void shell(int[] array, int gap) {
        //i++,交替进行插入排序
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    array[j + gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;//j<0时的情况,第二层循环进不去
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     *
     * @param array
     */
    public void HeapSort(int[] array) {
        createBigHeap(array);//创建堆,大根堆
        //创建好之后,
        int end = array.length - 1;//end为最后一个元素的下标
        while (end > 0) {
            swap(array, 0, end);//交换
            shiftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    //创建堆
    private void createBigHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            shiftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    //向下调整
    private void shiftDown(int[] array, int parent, int end) {
        int child = parent * 2 + 1;
        while (child < end) {
            if (child + 1 < end && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;
            }
            //child是最大的
            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = parent * 2 + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 选择排序:
     * 时间复杂度:O(n^2),和数据是否有序无关
     * 空间复杂度:O(1)
     * 稳定性:不稳定
     *
     * @param array
     */
    public void SelectSort(int[] array) {

        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;//最小值的下标
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }


    private void swap(int[] arr, int x, int y) {
        int tmp = arr[x];
        arr[x] = arr[y];
        arr[y] = tmp;
    }

    /**
     * 快速排序:
     * 时间复杂度:
     * 空间复杂度:
     * 稳定性
     *
     * @param arr
     */
    public void quickSort(int[] arr) {
        quick(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    private void quick(int[] arr, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        //排几次之后用  插入排序
        if (end - start + 1 <= 10) {
            InsertSortRange(arr, start, end);
            return;
        }
//        partition之前进行三数取中,中间值的下标与start交换
        int MidIndex = MidThreeNum(arr, start, end);
        swap(arr, MidIndex, start);//交换mid和start位置的数

        int pio = partitionHoare(arr, start, end);//hoare法分割
//        int pio = partitionK(arr, start, end);//挖坑法分割
        quick(arr, start, pio - 1);//左边
        quick(arr, pio + 1, end);//右边
    }

    /**
     * 快速排序
     * Hoare法 分割
     *
     * @param arr
     * @param start
     * @param end
     * @return
     */
    private int partitionHoare(int[] arr, int start, int end) {
        int val = arr[start];
        int i = start;
        while (start < end) {

            while (start < end && arr[end] >= val) {
                end--;
            }
            while (start < end && arr[start] <= val) {
                start++;
            }
            swap(arr, start, end);
        }
        swap(arr, i, end);
        return start;
    }

    /**
     * 快速排序:
     * 挖坑法 分割
     *
     * @param arr
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private int partitionK(int[] arr, int left, int right) {
        int val = arr[left];
        while (left < right) {
            while (left < right && arr[right] >= val) {
                right--;
            }
            arr[left] = arr[right];
            while (left < right && arr[left] <= val) {
                left++;
            }
            arr[right] = arr[left];
        }
        arr[left] = val;
        return left;
    }

    /**
     * 快速排序
     * 三数取中法
     *
     * @param arr
     * @param left
     * @param right
     * @return 返回left, mid, right下标的三个数的中间数字(第二大)的下标
     */
    private int MidThreeNum(int[] arr, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;//中间下标
        if (arr[left] > arr[right]) {
            if (arr[mid] > arr[left]) {
                return left;
            } else if (arr[mid] < arr[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        } else {
            if (arr[mid] > arr[right]) {
                return right;
            } else if (arr[mid] < arr[left]) {
                return left;
            } else {
                return mid;
            }
        }
    }

    //非递归快速排序

    /**
     * 使用栈,
     * 1.先找基准,找完基准之后,将左边部分的left,right;右边部分的left,right;入栈,
     * 用出栈的元素对left和right更新
     * pio > left + 1||pio < right - 1的情况不能入栈,也就是左边或者右边只有一个元素
     *
     * @param array
     */
    public void quickSortNot(int[] array) {
        quickNot(array);
    }

    private void quickNot(int[] array) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;

        int pio = partitionK(array, left, right);
        if (pio > left + 1) {
            //左边有两个数或者以上才能入栈
            stack.push(0);
            stack.push(pio - 1);
        }
        if (pio < right - 1) {
            stack.push(pio + 1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pio = partitionK(array, left, right);//划分
            //划分之后再入栈
            if (pio > left + 1) {
                //左边有两个数或者以上才能入栈
                stack.push(0);
                stack.push(pio - 1);
            }
            if (pio < right - 1) {
                stack.push(pio + 1);
                stack.push(right);
            }
        }


    }

    /**
     * 冒泡排序
     *
     * @param arr
     */
    public void bubbleSort(int[] arr) {
        int flg = 1;
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    swap(arr, j, j + 1);
                    flg = -1;
                }
                if (flg == 1) {
                    break;
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     * 递归
     *
     * @param array
     */
    public void mergeSort(int[] array) {
        merge(array, 0, array.length - 1);
    }

    private void merge(int[] array, int left, int right) {
        if (left >= right) {
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        //递归式分解
        merge(array, left, mid);
        merge(array, mid + 1, right);

        //合并
    }

}
